JP2004249113A - Bioactive rhenanite glass ceramic - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、生物活性レナナイト（ｒｈｅｎａｎｉｔｅ）含有ガラスセラミックに関し、この生物活性レナナイト含有ガラスセラミックは、Ｐ２Ｏ５、ＣａＯおよびＮａ２Ｏの高い含有量により特徴付けられ、そして歯科学における骨組織修復材料として、またはぞうげ質もしくは歯のエナメル質のための修復材料として特に適切である。 The present invention relates to a bioactive rhenanite-containing glass ceramic, which is characterized by a high content of P 2 O 5 , CaO and Na 2 O, and a bone tissue repair in dentistry It is particularly suitable as a material or as a restorative material for dentin or tooth enamel.
生物活性なガラスおよびガラスセラミックは、従来技術から公知である。一方ではこれらは、ケイ質ベースの材料であり、そしてさらなる成分としてＰ２Ｏ５を有し、そして他方では、ＳｉＯ２を含まないリン酸塩ガラスおよびガラスセラミックの群である。これらの材料の特徴は、ガラス状非晶質基質（ｂａｓｅ ｍａｔｒｉｘ）の存在であり、そしてガラスセラミックスの場合、さらに１つ以上の結晶相が存在する。 Bioactive glasses and glass ceramics are known from the prior art. On the one hand these are siliceous-based materials and with P 2 O 5 as further component, and on the other hand a group of phosphate glasses and glass ceramics without SiO 2 . Characteristic of these materials is the presence of a glassy amorphous matrix, and in the case of glass ceramics, one or more additional crystalline phases.
さらに、結晶性の、ガラスを含まないリン酸塩の群（単一成分または多成分の系として）は、骨組織修復材料として使用され、そして優れた再吸収性を有する。 In addition, the group of crystalline, glass-free phosphates (as single-component or multi-component systems) has been used as a bone tissue repair material and has excellent resorbability.
以下の説明が示すように、唯一の表面反応性機構のみが、これらの公知の材料群の全ての基礎を形成する。 As the following description shows, only one surface reactivity mechanism forms the basis for all of these known materials.
骨組織修復用の、生物活性なＳｉＯ２含有ガラスセラミックスは、生体の骨組織の再生を促進するために必須の相として主にアパタイト結晶を有する。この生物活性なＳｉＯ２含有ガラスセラミックスは、反応性表面層を提供し、その部分に、さらなるアパタイト結晶の形成を促進するような様式で、ヒト医療および歯科学において骨組織修復のために使用される。この群のアパタイト含有ケイ質ガラスセラミックスとしては、例えば、
Ｃｅｒａｂｏｎｅ(登録商標)：アパタイト−ケイ灰石−ガラスセラミック
Ｃｅｒａｖｉｔａｌ(登録商標)：アパタイト−ガラスセラミック
Ｂｉｏｖｅｒｉｔ ＩＩ(登録商標)：アパタイト−マイカ−ガラスセラミック
が挙げられる。
Bioactive SiO 2 -containing glass ceramics for bone tissue repair mainly have apatite crystals as an essential phase in order to promote the regeneration of living bone tissue. This bioactive SiO 2 -containing glass-ceramic is used for bone tissue repair in human medicine and dentistry in such a way as to provide a reactive surface layer and to promote the formation of further apatite crystals on that part. You. As apatite-containing siliceous glass ceramics of this group, for example,
Cerabone®: apatite-wollastonite-glass ceramic Ceravital®: apatite-glass ceramic Bioverit II®: apatite-mica-glass ceramic.
生物活性ガラス（すなわち、結晶を含まない材料）も同様に公知である。Ｂｉｏｇｌａｓｓ(登録商標)およびＰｅｒｉｏｇｌａｓｓ(登録商標)は、物質系Ｎａ２Ｏ−ＣａＯ−ＳｉＯ２−Ｐ２Ｏ５の代表例である。非特許文献１は、天然の骨組織と共にこのようなガラス間で直接互いに交わって生長すること（ｉｎｔｅｒｇｒｏｗｔｈ）が１１の反応工程で起きると記載する。Ｃａ、Ｎａ、Ｐおよびその他のイオンの放出に関連する急速な表面反応は、これらの材料に典型的である。しかし、この高い溶解度は、これらの生物活性ガラスの機械的強度に対して不利な影響を有する。従って、アパタイト−ケイ灰石ガラスセラミックスと対照的に、負荷耐性機能を有する骨組織修復材としての使用（例えば、胸椎の置換）は、不可能である。 Bioactive glasses (ie, materials that do not contain crystals) are also known. Bioglass® and Perioglass® are representative examples of the material system Na 2 O—CaO—SiO 2 —P 2 O 5 . Non-Patent Document 1 describes that intergrowth occurs directly between such glasses together with natural bone tissue in 11 reaction steps. The rapid surface reactions associated with the release of Ca, Na, P and other ions are typical of these materials. However, this high solubility has a detrimental effect on the mechanical strength of these bioactive glasses. Thus, in contrast to apatite-wollastonite glass ceramics, its use as a load-bearing bone repair material (eg thoracic spine replacement) is not possible.
生物活性ガラスのさらなる欠点は、顆粒状粒子が、それらの体液中の高い溶解度に起因して、新しい骨組織が形成し得る前に、移植部位およびその周囲から運び去られてしまうことである。 A further disadvantage of bioactive glasses is that granular particles are carried away from and around the implantation site before new bone tissue can form due to their high solubility in body fluids.
非特許文献２は、Ｂｉｏｇｌａｓｓ(登録商標)（リン酸塩を含まない結晶相（ＮａＣａ２Ｓｉ３Ｏ９）および残りのリン酸塩含有ガラス基質を含む）に基づくガラスセラミックを記載する。これは、列挙した生体ガラスセラミックに比べると改善された生物活性を有し、そしてヒトの体液に基づく溶液（模擬体液（Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ Ｂｏｄｙ Ｆｌｕｉｄ）（ＳＢＦ））中で、ヒドロキシルカーボネートアパタイト（ＨＣＡ）の形成を生じる。 Non-Patent Document 2 describes a glass ceramic based on Bioglass®, which contains a phosphate-free crystalline phase (NaCa 2 Si 3 O 9 ) and the rest of the phosphate-containing glass substrate. It has improved biological activity compared to the listed bioglass ceramics and forms hydroxyl carbonate apatite (HCA) in a solution based on human bodily fluids (Simulated Body Fluid (SBF)). Will occur.
完全に再吸収可能なＳｉＯ２を含まないガラスセラミックは、さらに、Ｂｉｏｖｅｒｉｔ(登録商標)ＩＩＩとして特許文献１より公知である。これは、主要な結晶相としてアパタイトおよびＡｌＰＯ４、ならびにその他の複雑なリン酸塩を含む。しかし、これは、骨組織再生の生物学的系を妨害するＡｌ３＋イオンを含有するという深刻な欠点を有する。この結果、ある濃度になると、アパタイトの形成は、より困難になるか、または完全に妨害されさえする。 A completely resorbable SiO 2 -free glass-ceramic is furthermore known from US Pat. It contains apatite and AlPO 4 as the main crystalline phases, and other complex phosphates. However, this has the serious disadvantage of containing Al 3+ ions which interfere with the biological system of bone tissue regeneration. As a result, at certain concentrations, the formation of apatite becomes more difficult or even completely impeded.
完全にガラスを含まない、結晶性のリン酸塩化合物（例えば、Ｃａ２ＮａＫ（ＰＯ４）２およびＣａＫＰＯ４）は、同様に生体適合材料として記載される（特許文献２を参照のこと）。これらのリン酸ナトリウムカリウムカルシウムまたはリン酸カリウムカルシウムは、生物学的分解性および骨組織再生を改善する。Ｃａ２ＫＮａ（ＰＯ４）２は、骨組織の欠損の治癒に非常に良く適している（非特許文献３および非特許文献４に記載を参照のこと）。しかし、これらの結晶性材料は、非常に高い分解速度および変換速度を有するという欠点を有する。結果として、これらの材料の保存安定性およびまた臨床適用の間の処理時間は、非常に短い。成形の可能性もまた、ガラスおよびガラスセラミックスに比べて制限される。 Crystalline phosphate compounds, such as Ca 2 NaK (PO 4 ) 2 and CaKPO 4, which are completely free of glass, are likewise described as biocompatible materials (see US Pat. No. 5,077,045). These sodium or potassium potassium phosphates improve biodegradability and bone tissue regeneration. Ca 2 KNa (PO 4 ) 2 is very well suited for the healing of bone tissue defects (see Non-Patent Documents 3 and 4). However, these crystalline materials have the disadvantage that they have very high decomposition and conversion rates. As a result, the storage stability of these materials and also the processing times during clinical application are very short. The molding possibilities are also limited compared to glass and glass ceramics.
レナナイトまたは他の公知の結晶相（特に、ヒドロキシアパタイト）と組み合わせたレナナイトも同様に、既に骨組織修復材料として記載されている。 Renanite or other known crystalline phases, in particular hydroxyapatite, are likewise already described as bone tissue repair materials.
純粋なβ−ＮａＣａＰＯ４（すなわち、レナナイト）の生物活性特性は、Ｄｒｉｅｓｓｅｎｓら（非特許文献５）およびＳｕｃｈａｎｅｋら（非特許文献６）による研究に記載された。これらによれば、レナナイトは、ＳＢＦ中で骨組織伝導性、すなわち、骨組織修復材料としての高レベルの効率および品質を示す。 The bioactive properties of pure β-NaCaPO 4 (ie, lenanite) have been described in studies by Driessens et al. [5] and Suchanek et al. [6]. According to these, lenanite exhibits osteoconductivity in SBF, ie, a high level of efficiency and quality as a bone tissue repair material.
レナナイトは、アパタイトおよび二次相としてのさらなる結晶性リン酸カルシウム相と共に、リン酸カルシウムガラスおよびガラスセラミック中に見られる。多くて５ｍｏｌ％のＮａ２Ｏを添加した、基本的にリン酸塩を含有しＳｉＯ２を含まない系におけるレナナイトの形成を記載する（非特許文献７を参照のこと）。 Lenanite is found in calcium phosphate glasses and glass ceramics, with apatite and an additional crystalline calcium phosphate phase as a secondary phase. It describes the formation of renanite in a system essentially containing phosphate and free of SiO 2 , with the addition of at most 5 mol% of Na 2 O (see Non-Patent Document 7).
レナナイトは、セラミック歯科修復のための仕上げ材料として使用される半透明のアパタイト−白榴石ガラスセラミックにおける可能な二次結晶相として、特許文献３にさらに記載される。しかし、このガラスセラミックは、表面反応性ではなく、すなわち、生物活性ではなく、そして生物学的系に不利であるＡｌ２Ｏ３を含有する。
従って、本発明の目的は、生物活性ガラスセラミックを利用可能にすることであり、この生物活性ガラスセラミックは、その他のＳｉＯ２含有系と対照的に、その材料の表面上のＳＢＦ中のアパタイトの形成について調節可能な化学速度論により特に特徴付けられる。さらに、このガラスセラミックはまた、Ａｌ化合物のような生物学的に不利な物質を含有しなくても、生成され得るべきである。 Accordingly, it is an object of the present invention to make available a bioactive glass ceramic, which, in contrast to other SiO 2 containing systems, is capable of removing apatite in SBF on the surface of the material. It is particularly characterized by tunable chemical kinetics for formation. In addition, the glass ceramic should also be able to be produced without containing biologically disadvantageous substances such as Al compounds.
この目的は、驚くべきことに、特許請求の範囲に記載の生物活性レナナイトガラスセラミックにより達成される。 This object is surprisingly achieved by the claimed bioactive lenanite glass-ceramic.
特許請求の範囲に記載のプロセス、特許請求の範囲に記載の成形体、使用、および生物活性複合材料もまた、本発明の主題を形成する。 The claimed processes, the claimed moldings, the uses, and the bioactive composites also form the subject of the present invention.
１つの局面において、本発明は、結晶相およびガラス相を有する生物活性レナナイトガラスセラミックであって、該結晶相は、レナナイトを含み、そして該ガラスセラミックは、以下の成分：
成分 量（重量％）
ＳｉＯ２ ２９．５〜７０．０
ＣａＯ ５．５〜２３．０
Ｎａ２Ｏ ６．０〜２７．５
Ｐ２Ｏ５ ２．０〜２３．５
Ｆ ０〜１．５
を含み、そして本質的にＡｌ２Ｏ３を含まない、ガラスセラミックに関する。
In one aspect, the present invention is a bioactive lenanite glass ceramic having a crystalline phase and a glass phase, wherein the crystalline phase comprises renanite, and the glass ceramic comprises the following components:
component Amount (% by weight)
SiO 2 29.5~70.0
CaO 5.5-23.0
Na 2 O 6.0~27.5
P 2 O 5 2.0 to 23.5
F 0-1.5
And essentially free of Al 2 O 3 .
好ましい実施形態において、本発明のガラスセラミックは、４重量％と５０重量％との間のレナナイトを含み得る。 In a preferred embodiment, the glass-ceramics of the present invention may comprise between 4% and 50% by weight of renanite.
より好ましい実施形態において、本発明のガラスセラミックは、１０重量％と５０重量％との間のレナナイトを含み得る。 In a more preferred embodiment, the glass ceramic of the present invention may comprise between 10% and 50% by weight of renanite.
別の好ましい実施形態において、本発明のガラスセラミックは、互いに独立して以下の量で以下の成分を含み得る：
成分 量（重量％）
ＳｉＯ２ ２９．５〜６５．５
ＣａＯ ６．０〜２３．０
Ｎａ２Ｏ ７．０〜２５．５
Ｐ２Ｏ５ ３．０〜２３．５
Ｆ ０．５〜１．２。
In another preferred embodiment, the glass-ceramics of the invention may comprise, independently of one another, the following components in the following amounts:
component Amount (% by weight)
SiO 2 29.5~65.5
CaO 6.0-23.0
Na 2 O 7.0~25.5
P 2 O 5 3.0~23.5
F 0.5-1.2.
さらに好ましい実施形態において、ＣａＯの量が、１１．０〜２３．０重量％であり得る。 In a further preferred embodiment, the amount of CaO may be between 11.0 and 23.0% by weight.
別のさらに好ましい実施形態において、Ｐ２Ｏ５の量が、５．５〜２３．５重量％であり得る。 In another more preferred embodiment, the amount of P 2 O 5, can be from 5.5 to 23.5 wt%.
別の好ましい実施形態において、本発明のガラスセラミックは、互いに独立して以下の量で以下の成分を含み得る：
成分 量（重量％）
ＳｉＯ２ ３５．０〜６０．０
ＣａＯ １５．０〜２３．０
Ｎａ２Ｏ ９．０〜２５．５
Ｐ２Ｏ５ １０．０〜２３．５
Ｆ ０．５〜１．２
さらに好ましい実施形態において、Ｎａ２Ｏの量が、７．０〜１８．０重量％であり得る。
In another preferred embodiment, the glass-ceramics of the invention may comprise, independently of one another, the following components in the following amounts:
component Amount (% by weight)
SiO 2 35.0~60.0
CaO 15.0-23.0
Na 2 O 9.0 to 25.5
P 2 O 5 10.0 to 23.5
F 0.5-1.2
In a further preferred embodiment, the amount of Na 2 O, may be from 7.0 to 18.0 wt%.
別のさらに好ましい実施形態において、Ｐ２Ｏ５の量が、１０．０〜２０．０重量％であり得る。 In another more preferred embodiment, the amount of P 2 O 5, can be 10.0 to 20.0 wt%.
別のさらに好ましい実施形態において、Ｎａ２Ｏ：ＣａＯの重量比が１．０〜２．１であり得、そしてＣａＯ：Ｐ２Ｏ５の重量比が、０．９〜２．２であり得る。 In another more preferred embodiment, Na 2 O: weight ratio of CaO is be a 1.0-2.1, and CaO: weight ratio of P 2 O 5 is obtained be 0.9 to 2.2 .
別のさらに好ましい実施形態において、Ｎａ２Ｏ：ＣａＯの重量比が０．８〜２．０であり得、そしてＣａＯ：Ｐ２Ｏ５の重量比が、０．９〜２．２であり得る。 In another more preferred embodiment, Na 2 O: weight ratio of CaO is be a 0.8-2.0, and CaO: weight ratio of P 2 O 5 is obtained be 0.9 to 2.2 .
別の好ましい実施形態において、本発明のガラスセラミックは、以下のさらなる成分：
さらなる成分 量（重量％）
Ｒ（Ｉ） ２Ｏ ０〜１５．０
Ｒ（ＩＩ）Ｏ ０〜４．０
Ｒ（ＩＩＩ） ２Ｏ３ ０〜１０．０
Ｒ（ＩＶ）Ｏ２ ０〜１０．０
Ｈａｌ ０〜２．０
の少なくとも１つをさらに含み得、ここで、
Ｒ（Ｉ）は、一価のカチオンを表し、
Ｒ（ＩＩ）は、二価のカチオンを表し、
Ｒ（ＩＩＩ）は、三価のカチオンを表し、
Ｒ（ＩＶ）は、四価のカチオンを表し、そして
Ｈａｌは、ハロゲン化物イオンを表す。
In another preferred embodiment, the glass ceramic of the present invention comprises the following additional components:
Additional ingredients Amount (% by weight)
R (I) 2 O 0~15.0
R (II) O 0-4.0
R (III) 2 O 3 0-10.0
R (IV) O 2 0 to 10.0
Hal 0-2.0
May further include at least one of
R (I) represents a monovalent cation,
R (II) represents a divalent cation,
R (III) represents a trivalent cation,
R (IV) represents a tetravalent cation and Hal represents a halide ion.
さらに好ましい実施形態において、Ｒ（ＩＶ）Ｏ２の量が、１．０重量％までであり得る。 In a further preferred embodiment, the amount of R (IV) O 2 can be up to 1.0% by weight.
別のさらに好ましい実施形態において、Ｒ（Ｉ）が、ＫまたはＡｇを表す。 In another more preferred embodiment, R (I) represents K or Ag.
別のさらに好ましい実施形態において、Ｒ（ＩＩ）が、Ｚｎを表す。 In another more preferred embodiment, R (II) represents Zn.
別のさらに好ましい実施形態において、Ｒ（ＩＩＩ）が、Ｂ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｙ、Ｌａまたはランタノイドを表す。 In another more preferred embodiment, R (III) represents B, Nb, Ta, Y, La or a lanthanoid.
別のさらに好ましい実施形態において、Ｒ（ＩＶ）が、Ｔｉを表す。 In another more preferred embodiment, R (IV) represents Ti.
別のさらに好ましい実施形態において、Ｈａｌが、ＢｒまたはＩを表す。 In another more preferred embodiment, Hal represents Br or I.
別の好ましい実施形態において、前記結晶相が、以下の結晶成分の少なくとも１つをさらに含み得る：
ケイ酸ナトリウムカルシウム、アパタイト、リン酸ナトリウム、リン酸ナトリウムカルシウム、およびリン酸ナトリウムカリウムカルシウム。
In another preferred embodiment, the crystalline phase may further comprise at least one of the following crystalline components:
Sodium calcium silicate, apatite, sodium phosphate, sodium calcium phosphate, and potassium potassium sodium phosphate.
別の好ましい実施形態において、前記レナナイト結晶が、１０μｍ以下のサイズであり得る。 In another preferred embodiment, the renenite crystals may have a size of 10 μm or less.
別の好ましい実施形態において、前記レナナイト結晶が、０．０１〜５．０μｍの数平均サイズを有し得る。 In another preferred embodiment, the reninite crystals may have a number average size of 0.01 to 5.0 μm.
さらに好ましい実施形態において、前記レナナイト結晶が、０．１５〜２．５μｍの数平均サイズを有し得る。 In a further preferred embodiment, the reninite crystals may have a number average size of 0.15 to 2.5 μm.
なおさらに好ましい実施形態において、前記レナナイト結晶が、０．５〜２．５μｍの数平均サイズを有し得る。 In an even more preferred embodiment, the reninite crystals may have a number average size of 0.5 to 2.5 μm.
別の局面において、本発明は、本発明のガラスセラミックを製造するためのプロセスでに関し、このプロセスは、以下：
ａ）本発明のレナナイトガラスセラミックの成分を含む開始ガラスを、１２００℃〜１６５０℃の温度で溶融する工程；
ｂ）工程ａ）からのガラス溶融物を冷却する工程；
ｃ）必要に応じて、工程ｂ）からの冷却したガラスを、６００℃〜１０００℃の温度にて、１０分から１０時間までの期間の間熱処理する工程；および
ｄ）必要に応じて、工程ｂ）または工程ｃ）から得られたガラスセラミックを、粉砕して１００ｎｍ〜１００μｍの粒径を有する粉末にする工程、
を包含する。
In another aspect, the present invention relates to a process for producing the glass ceramic of the present invention, the process comprising:
a) melting the starting glass containing the components of the renenite glass ceramic of the present invention at a temperature of 1200C to 1650C;
b) cooling the glass melt from step a);
c) optionally heat treating the cooled glass from step b) at a temperature of 600 ° C. to 1000 ° C. for a period of 10 minutes to 10 hours; and d) optionally, step b) ) Or grinding the glass ceramic obtained from step c) into a powder having a particle size of 100 nm to 100 μm,
Is included.
好ましい実施形態において、前記工程ｃ）における熱処理の温度が、６００℃〜９８０℃であり得る。 In a preferred embodiment, the temperature of the heat treatment in the step c) may be from 600C to 980C.
別の好ましい実施形態において、前記工程ｃ）における熱処理の期間が、８時間までであり得る。 In another preferred embodiment, the duration of the heat treatment in step c) may be up to 8 hours.
別の好ましい実施形態において、前記工程ｄ）における粉末の粒径が、１〜５０μｍであり得る。 In another preferred embodiment, the particle size of the powder in the step d) may be 1 to 50 μm.
別の局面において、本発明は、本発明のガラスセラミックを含む、成形体に関する。 In another aspect, the present invention relates to a molded article comprising the glass ceramic of the present invention.
さらに別の局面において、本発明は、本発明のガラスセラミックからなる、成形体に関する。 In yet another aspect, the present invention relates to a molded article comprising the glass ceramic of the present invention.
さらに別の局面において、本発明は、骨組織もしくは天然の歯の材料の再構築もしくは修復のため、または骨組織の生長を促進するための材料としての、本発明のガラスセラミック、または本発明の成形体の使用に関する。 In yet another aspect, the present invention provides a glass-ceramic of the present invention, or a glass-ceramic of the present invention, as a material for remodeling or restoring bone tissue or natural tooth material, or as promoting bone tissue growth. It relates to the use of molded articles.
さらに別の局面において、本発明は、本発明のガラスセラミックおよび有機化合物を含む、生物活性複合材料に関する。 In yet another aspect, the invention relates to a bioactive composite comprising the glass ceramic of the invention and an organic compound.
本発明は、生物活性レナナイトガラスセラミックに関し、これは、Ｐ２Ｏ５、ＣａＯおよびＮａ２Ｏの高い含有量で特徴付けられ、そして歯科学における骨組織置換材料として特に適切である。 The present invention relates to a bioactive lenenite glass ceramic, which is characterized by a high content of P 2 O 5 , CaO and Na 2 O, and is particularly suitable as a bone tissue replacement material in dentistry.
結晶相およびガラス相を有する本発明に従う生物活性レナナイトガラスセラミックは、結晶相がレナナイトを含み、そしてガラスセラミックが、以下の成分を含み：
成分 量（重量％）
ＳｉＯ２ ２９．５〜７０．０
ＣａＯ ５．５〜２３．０
Ｎａ２Ｏ ６．０〜２７．５
Ｐ２Ｏ５ ２．０〜２３．５
Ｆ ０〜１．５
そして本質的にＡｌ２Ｏ３を含まないという点で特徴付けられる。
A bioactive lenanite glass-ceramic according to the present invention having a crystalline phase and a glass phase, wherein the crystalline phase comprises lenanite and the glass-ceramic comprises the following components:
component Amount (% by weight)
SiO 2 29.5~70.0
CaO 5.5-23.0
Na 2 O 6.0~27.5
P 2 O 5 2.0 to 23.5
F 0-1.5
It is characterized in that it essentially does not contain Al 2 O 3 .
本発明によるガラスセラミックにおいて、レナナイト（すなわち、β−ＮａＣａＰＯ４）は、好ましくは、主要な結晶相を形成する。残りの生物活性ガラス相は、ＳＢＦ中のその高い溶解度に起因して急速なアパタイト形成に寄与する。一方、骨組織伝導性に作用する（ｏｓｔｅｏｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ−ａｃｔｉｎｇ）レナナイト結晶相は、より遅いアパタイト形成をもたらすが、インプラントの改善された機械的安定性を保証する。このガラスセラミックの反応性の二重の機構は、生物活性の制御を可能にし、そして本発明のガラスセラミックの特定の利点である。 In the glass-ceramics according to the invention, lenanite (ie β-NaCaPO 4 ) preferably forms the main crystalline phase. The remaining bioactive glass phase contributes to rapid apatite formation due to its high solubility in SBF. On the other hand, the osteoconductive-acting lenanite crystalline phase results in a slower apatite formation, but guarantees improved mechanical stability of the implant. This dual mechanism of glass-ceramic reactivity allows for control of biological activity and is a particular advantage of the glass-ceramics of the present invention.
本発明によるガラスセラミックは、好ましくは、０．１重量％未満のＡｌ２Ｏ３を含み、特に好ましくは０．０１重量％未満のＡｌ２Ｏ３を含み、そして特に好ましくはＡｌ２Ｏ３を含まない。Ａｌ２Ｏ３は、上記のように、ガラスセラミックの生物活性およびアパタイトの形成を低減し得る。 The glass ceramic according to the invention preferably comprises less than 0.1% by weight of Al 2 O 3 , particularly preferably less than 0.01% by weight of Al 2 O 3 , and particularly preferably Al 2 O 3 . Not included. Al 2 O 3 , as described above, can reduce the bioactivity of the glass ceramic and the formation of apatite.
このガラスセラミックの溶解度は、上記の公知の生体ガラスと比較するとより低い。この減少した溶解度は、このガラスセラミックが、新しい骨組織が形成し得る前に移植部位から運び去られてしまうことを防止する。さらに、分解速度および変換速度もまた、ガラスを含まないリン酸塩ほどは高くなく、このガラスを含まないリン酸塩では、生体適合性材料の処理時間および保存安定性が、アパタイト形成についての急速な化学速度論の材料変換により制限される。 The solubility of this glass ceramic is lower when compared to the known living glass described above. This reduced solubility prevents the glass ceramic from being carried away from the implantation site before new bone tissue can form. In addition, the degradation and conversion rates are also not as high as glass-free phosphates, which reduce the processing time and storage stability of biocompatible materials for rapid apatite formation. Limited by the chemical conversion of the material.
ガラスセラミック中のレナナイトの結晶の割合の変動の結果として、アパタイト形成の化学速度論の制御が可能であり、そして４重量％と５０重量％との間、特に１０重量％と５０重量％との間、または４重量％と４０重量％との間のレナナイトを含むガラスセラミックが好ましい。 As a result of the variation of the percentage of crystals of lenanite in the glass ceramic, it is possible to control the kinetics of the apatite formation and between 4 and 50% by weight, in particular between 10 and 50% by weight. Glass ceramics containing between 4% and 40% by weight of lenanite are preferred.
互いに独立して以下の量で以下の成分を含む本発明のガラスセラミックが好ましい：
成分 量（重量％）
ＳｉＯ２ ２９．５〜６５．５
ＣａＯ ６．０〜２３．０ （特に１１．０〜２３．０）
Ｎａ２Ｏ ７．０〜２５．５
Ｐ２Ｏ５ ３．０〜２３．５ （特に、５．５〜２３．５）
Ｆ ０．５〜１．２
用語「互いに独立して」とは、好ましい量範囲のうち少なくとも１つのみでも選択され得ることを意味する。
Preference is given to glass ceramics according to the invention which comprise, independently of one another, the following components in the following amounts:
component Amount (% by weight)
SiO 2 29.5~65.5
CaO 6.0 to 23.0 (particularly 11.0 to 23.0)
Na 2 O 7.0~25.5
P 2 O 5 3.0~23.5 (in particular, 5.5 to 23.5)
F 0.5-1.2
The term “independently of each other” means that only at least one of the preferred quantity ranges can be selected.
互いに独立して以下の量で以下の成分を含むガラスセラミックは、非常に特に好ましい：
成分 量（重量％）
ＳｉＯ２ ３５．０〜６０．０
ＣａＯ １５．０〜２３．０
Ｎａ２Ｏ ９．０〜２５．５ （特に、７．０〜１８．０）
Ｐ２Ｏ５ １０．０〜２３．５ （特に、１０．０〜２０．０）
Ｆ ０．５〜１．２
このようなレナナイトガラスセラミックは、特に、ＳＢＦ中でのリン酸塩（特に、アパタイト）の形成に関する高い表面反応性により特徴付けられる。
Very particular preference is given to glass-ceramics which, independently of one another, comprise the following components in the following amounts:
component Amount (% by weight)
SiO 2 35.0~60.0
CaO 15.0-23.0
Na 2 O from 9.0 to 25.5 (especially 7.0 to 18.0)
P 2 O 5 10.0 to 23.5 (particularly 10.0 to 20.0)
F 0.5-1.2
Such lenanite glass-ceramics are characterized in particular by a high surface reactivity with respect to the formation of phosphates (especially apatite) in SBF.
このことは、制御された様式で以下の特性に影響を及ぼすために、以下のさらなる成分（これらは、前述の成分とは異なる）の少なくとも１つをガラスセラミックが含む場合に、有利である。 This is advantageous when the glass-ceramic comprises at least one of the following further components, which differ from the aforementioned components, in order to influence the following properties in a controlled manner.
生物学的反応性の向上のために、Ｋ、Ｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａの酸化物の添加が有用であることが分かった。この場合、元素Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、およびＴａの酸化物は、反応性ＯＨ基を形成する。Ｂの酸化物は、一般的には高い生体適合性を示す。Ｋは、レナナイト中にＮａの代わりに導入され、そして混合結晶の形成により結晶相を強化する。 It has been found that the addition of oxides of K, B, Ti, Zr, Nb and Ta is useful for improving the biological reactivity. In this case, the oxides of the elements Ti, Zr, Nb and Ta form reactive OH groups. B oxides generally exhibit high biocompatibility. K is introduced in place of Na in lenanite and strengthens the crystalline phase by the formation of mixed crystals.
Ｘ線不透過度を増強するために、元素Ｎｂ、Ｔａ、ＹおよびＬａの酸化物の添加が好結果であることが分かった。 It has been found that the addition of oxides of the elements Nb, Ta, Y and La has been successful in order to enhance the X-ray opacity.
抗菌活性は、Ａｇ、ＺｎおよびＹをガラスセラミックに添加することにより達成される。 Antimicrobial activity is achieved by adding Ag, Zn and Y to the glass ceramic.
成分 量（重量％）
Ｒ（Ｉ） ２Ｏ ０〜１５．０
Ｒ（ＩＩ）Ｏ ０〜４．０
Ｒ（ＩＩＩ） ２Ｏ３ ０〜１０．０
Ｒ（ＩＶ）Ｏ２ ０〜１０．０ （特に、１．０まで）
Ｈａｌ ０〜２．０
ここで、
Ｒ（Ｉ）は、一価のカチオン（特に、ＫまたはＡｇ）を表し、
Ｒ（ＩＩ）は、二価のカチオン（特に、Ｚｎ）を表し、
Ｒ（ＩＩＩ）は、三価のカチオン（特に、Ｂ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｙ、Ｌａまたはランタノイド）を表し、
Ｒ（ＩＶ）は、四価のカチオン（特にＴｉ）を表し、そして
Ｈａｌは、ハロゲン化物イオン（特に、ＢｒまたはＩ）を表す。
Ingredient Amount (% by weight)
R (I) 2 O 0~15.0
R (II) O 0-4.0
R (III) 2 O 3 0-10.0
R (IV) O 2 0 to 10.0 (particularly up to 1.0)
Hal 0-2.0
here,
R (I) represents a monovalent cation (particularly, K or Ag),
R (II) represents a divalent cation (particularly, Zn);
R (III) represents a trivalent cation (particularly B, Nb, Ta, Y, La or a lanthanoid);
R (IV) represents a tetravalent cation (especially Ti) and Hal represents a halide ion (especially Br or I).
さらなる成分が存在する場合、ガラスセラミック中のそれらの量は、少なくとも０．１重量％である。 If further components are present, their amount in the glass ceramic is at least 0.1% by weight.
以前に述べた成分および必要に応じて上述のさらなる成分からなるガラスセラミックが特に好ましい。 Particular preference is given to glass-ceramics consisting of the components previously mentioned and, if desired, further components mentioned above.
Ｎａ２Ｏ：ＣａＯの重量比が０．８〜２．０であり、かつＣａＯ：Ｐ２Ｏ５の重量比が０．９〜２．２である場合が、本発明のガラスセラミックにおいてさらに好ましい。これは、自発的に結晶化するガラスセラミックが製造されるべき場合に特に有利である。 The case where the weight ratio of Na 2 O: CaO is 0.8 to 2.0 and the weight ratio of CaO: P 2 O 5 is 0.9 to 2.2 is more preferable in the glass ceramic of the present invention. . This is particularly advantageous if a spontaneously crystallizing glass ceramic is to be produced.
Ｎａ２Ｏ：ＣａＯの重量比が１．０〜２．１であり、かつＣａＯ：Ｐ２Ｏ５の重量比が０．９〜２．２である場合もまた、本発明のガラスセラミックにおいて有利である。これは、ガラスセラミックが、熱処理を必要とする製造法により製造されるべき場合に特に有利である。 The case where the weight ratio of Na 2 O: CaO is 1.0 to 2.1 and the weight ratio of CaO: P 2 O 5 is 0.9 to 2.2 is also advantageous in the glass ceramic of the present invention. It is. This is particularly advantageous if the glass ceramic is to be manufactured by a manufacturing method that requires heat treatment.
本発明のガラスセラミックの結晶相が、以下の結晶成分の少なくとも１つをさらに含む場合は、さらに有利である：ケイ酸ナトリウムカルシウム、アパタイト、リン酸ナトリウム、リン酸ナトリウムカルシウム、およびリン酸ナトリウムカリウムカルシウム。 It is further advantageous if the crystalline phase of the glass ceramic of the invention further comprises at least one of the following crystalline components: sodium calcium silicate, apatite, sodium phosphate, sodium calcium phosphate and sodium potassium phosphate calcium.
レナナイト結晶が多くても１０μｍの大きさであるレナナイトガラスセラミックが好ましい。さらに、レナナイト結晶が、０．０１μｍと５．０μｍの間の平均サイズ（数平均）を有するレナナイトガラスセラミックが好ましい。平均サイズが、０．１５μｍと２．５μｍとの間であるものが非常に特に好ましい。なぜなら、生物活性は、再吸収プロセスにより正の影響を受けるからである。この好ましいサイズにおいて、レナナイト結晶の溶解および変換の反応速度論は、インプラントの生長（ｇｒｏｗｉｎｇ−ｉｎ）を特に促進する。結晶化により、０．０１〜５．０μｍというナノスケールの平均サイズ（数平均）で結晶を得ることが可能であった。新しい結晶を既に形成された結晶の表面上で個別の結晶として成長させ、そして既に形成された結晶のサイズを増大させることによってではなく、プロセス制御により残りのガラス基質または集塊物において分離された結晶を得ることが可能であった。 Preference is given to lenenite glass-ceramics, which contain at most 10 μm of lenenite crystals. Preference is furthermore given to lenenite glass-ceramics in which the lenanite crystals have an average size (number average) between 0.01 μm and 5.0 μm. Very particular preference is given to those having an average size between 0.15 μm and 2.5 μm. This is because biological activity is positively affected by the resorption process. At this preferred size, the kinetics of dissolution and conversion of the lenanite crystals particularly promotes the growing-in of the implant. By crystallization, it was possible to obtain crystals with a nanoscale average size (number average) of 0.01 to 5.0 μm. New crystals were grown as individual crystals on the surface of already formed crystals and separated in the remaining glass substrate or agglomerate by process control rather than by increasing the size of already formed crystals. Crystals could be obtained.
本発明のガラスセラミックの製造のために、
ａ）これらの成分および必要に応じてさらなる成分を含む組成物と共に開始ガラスを、１２００℃〜１６５０℃の温度で溶融し、
ｂ）ａ）からのガラス溶融物を冷却し、特に、このガラス溶融物は、
（ｉ）水に注いで、これによりガラス顆粒を形成するか、または
（ｉｉ）鋳型に注入されるか、または
（ｉｉｉ）金属板間で急冷され、
ｃ）必要に応じて、ｂ）からの冷却したガラスを、６００℃〜１０００℃（特に、６００〜９８０℃）の温度で、１０分から１０時間まで（特に、８時間まで）の期間熱処理し、そして
ｄ）必要に応じて、ｂ）またはｃ）から得られたガラスセラミックを粉砕して、１００ｎｍ〜１００μｍ（好ましくは、１〜５０μｍ）の粒径を有する粉末とする。
For the production of the glass ceramic of the present invention,
a) melting the starting glass with a composition comprising these components and optionally further components at a temperature of 1200C to 1650C,
b) cooling the glass melt from a), in particular,
(I) poured into water, thereby forming glass granules, or (ii) poured into a mold, or (iii) quenched between metal plates,
c) optionally heat treating the cooled glass from b) at a temperature of from 600C to 1000C (especially from 600 to 980C) for a period of from 10 minutes to 10 hours, especially up to 8 hours; D) If necessary, the glass ceramic obtained from b) or c) is pulverized into a powder having a particle size of 100 nm to 100 μm (preferably 1 to 50 μm).
より高いリン酸塩含有量（６重量％より多くのＰ２Ｏ５）では、開始ガラスは、Ａｌを含まないるつぼ中にておよそ１時間で室温から１２００℃まで便宜上最初に加熱され、次いで冷却される。次いで、このようにして作製したこの焼成ケークを、上記のように、開始ガラスの代わりに１２００〜１６５０℃にてＰｔ−Ｒｈるつぼで溶融させる。 At higher phosphate content (more than 6 wt% P 2 O 5 ), the starting glass is conveniently heated from room temperature to 1200 ° C. in approximately 1 hour in a crucible without Al, then cooled Is done. Next, the fired cake thus produced is melted in a Pt-Rh crucible at 1200 to 1650 ° C instead of the starting glass as described above.
本発明のガラスセラミックの製造において、レナナイトは、工程（ｃ）における開始ガラスの熱処理を使用するその後の結晶化および工程（ｂ）における溶融物からガラスを冷却した場合の自発的結晶化の両方により、生成され得る。レナナイトの結晶化は、組成物中のＮａ２Ｏ：ＣａＯ比およびリン酸塩含量により、明確に決定される。 In the production of the glass-ceramics of the present invention, renanite is formed by both subsequent crystallization using a heat treatment of the starting glass in step (c) and spontaneous crystallization when cooling the glass from the melt in step (b). , Can be generated. The crystallization of lenanite is clearly determined by the Na 2 O: CaO ratio and the phosphate content in the composition.
自発的結晶化の間、レナナイトは、唯一の結晶相として存在し得るか、また組成に依存して、ケイ酸塩（とりわけ、Ｎａ２ＳｉＯ５、Ｎａ２ＣａＳｉ３Ｏ８、ＮａＣａ２Ｓｉ３Ｏ９、ＮａＣａ３Ｓｉ６Ｏ１６）または他のリン酸塩など（Ｎａ３ＰＯ４、Ｎａ２Ｃａ（ＰＯ４）Ｆ、ＫＮａＣａ２（ＰＯ４）２、ＫＣａ（ＰＯ４）、Ｃａ５（ＰＯ４）３Ｆ）と共に存在し得る。 During spontaneous crystallization, renanite can be present as the only crystalline phase or, depending on the composition, silicates (especially Na 2 SiO 5 , Na 2 CaSi 3 O 8 , NaCa 2 Si 3 O) 9 , NaCa 3 Si 6 O 16 ) or other phosphates (Na 3 PO 4 , Na 2 Ca (PO 4 ) F, KNaCa 2 (PO 4 ) 2 , KCa (PO 4 ), Ca 5 (PO 4 ) 3 F).
相分離に対して高い傾向を有する開始ガラスから、レナナイトは、熱処理の間に偏析小滴（ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ ｄｒｏｐ）から結晶化する。これらの結晶は、好ましくは数平均で０．０１μｍと０．５μｍとの間のサイズである。結晶相は、特に、４〜５０重量％の割合を有する。より長い焼きもどし時間またはより高い温度は、より粗い構造を生じる。最初は別々の小滴が、対になって結合し、そして鎖状に結合する。工程（ｃ）における好ましい熱処理は、低いリン酸塩含量を有する組成物については、６５０〜７５０℃の温度範囲で１〜６時間の保持時間、そしてナノ結晶分離を含む組成物については、６５０〜１０００℃の温度範囲で０．５〜１０時間の熱処理の１工程プロセスまたは多工程プロセスにおいて行われる。 From the starting glass, which has a high tendency for phase separation, the renanite crystallizes from segregation drops during heat treatment. These crystals preferably have a size on average between 0.01 μm and 0.5 μm. The crystalline phase has in particular a proportion of 4 to 50% by weight. Longer tempering times or higher temperatures result in coarser structures. Initially, discrete droplets combine in pairs and then bind in chains. Preferred heat treatments in step (c) include a retention time of 1-6 hours in a temperature range of 650-750 ° C. for compositions having a low phosphate content, and 650-500 ° C. for compositions involving nanocrystal separation. It is performed in a one-step process or a multi-step process of heat treatment at a temperature range of 1000 ° C. for 0.5 to 10 hours.
自発的結晶化の場合、分枝した構造を有するより大きな群れが形成される。複合構造または貫入（ｐｅｎｅｔｒａｔｉｖｅ）構造は、好ましくは、０．２μｍ〜０．８μｍの厚さおよび１．０〜５．０μｍの長さを有するより粗い結晶が存在する場合に形成される。 In the case of spontaneous crystallization, larger flocks with a branched structure are formed. Composite or penetrative structures are preferably formed when coarser crystals having a thickness of 0.2 μm to 0.8 μm and a length of 1.0 to 5.0 μm are present.
組成および冷却条件に依存して、非常に微細な結晶（直径０．０５μｍ）が、溶融物から生成され、従って、この結晶は、ナノ結晶構造を有する。 Depending on the composition and cooling conditions, very fine crystals (0.05 μm in diameter) are produced from the melt, and thus have a nanocrystalline structure.
本発明に従う全ての型のガラスセラミックについての結晶の量は、好ましくは、約４〜５０重量％である。 The amount of crystals for all types of glass-ceramics according to the invention is preferably about 4 to 50% by weight.
本発明のガラスセラミックを含む成形体、特に、本発明のガラスセラミックからなる成形体は、さらに本発明の一部である。これらの成形体は、好ましくは、モノリシックであり、すなわち、およそ２〜２００μｍのポアー直径の孔隙を有する稠密または多孔性の成形体である。これらは、特に骨移植片、特に歯科分野において取り扱われ得る。 Moldings comprising the glass ceramics of the invention, in particular moldings comprising the glass ceramics of the invention, are further part of the invention. These compacts are preferably monolithic, i.e. dense or porous compacts having pores with a pore diameter of approximately 2-200 [mu] m. These can be dealt with in particular in bone grafts, in particular in the dental field.
本発明は、さらに、本発明に従うガラスセラミックから作製される成形体の製造のためのプロセスに関し、このプロセスにおいて、本発明のガラスセラミックは、最初に所望のように成形され、そして得られた成形体が、６００℃〜７５０℃でおよそ３０分間プレスした後に焼成される。 The invention furthermore relates to a process for the production of shaped bodies made from the glass ceramic according to the invention, in which the glass ceramic of the invention is first shaped as desired and the resulting shaped The body is fired after pressing at 600-750 ° C. for approximately 30 minutes.
成形体を製造するために、上で列挙したレナナイトガラスセラミックの成分および必要に応じて上で列挙したさらなる成分を含む組成物と共に、開始ガラスを、所望の粒径分布を有する所望の粒径に（１から５０μｍの粒径（数平均）が好ましく、そして粒径分布は、一モード、二モードまたは三モードであり得る）粉砕すること、ならびにこの粉末からブランクを生成し、次いで所定の時間および所定の温度間隔（例えば、６００℃で３０分間）で稠密な成形体へと焼成することも同様に可能である。この熱処理の結果として、ガラスの結晶化およびそれによるガラスセラミックの形成が達成され得る。 In order to produce a shaped body, the starting glass, together with a composition comprising the components of the lenanite glass ceramic enumerated above and optionally further components enumerated above, is used to form the starting glass with the desired particle size distribution with the desired particle size distribution. Milling (preferably a particle size (number average) of 1 to 50 μm, and the particle size distribution can be mono-, bi- or tri-modal), as well as producing a blank from this powder and then for a predetermined time It is also possible to sinter into a dense molded body at a predetermined temperature interval (for example, at 600 ° C. for 30 minutes). As a result of this heat treatment, crystallization of the glass and thereby the formation of a glass ceramic can be achieved.
孔隙を有する成形体は、Ｋｉｍら、Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ ２４、３２７７−３２８４（２００３）に記載されるプロセスに従って、プラスチックフォーム（例えば、ポリウレタンフォーム）のポアーの内部表面を、３００μｍより小さい粒径のガラスセラミック粒子を含む高度な液体分散でコーティングすることにより、製造され得る。続いて、このプラスチックフォームは、７００℃まで小さい加熱速度で焼成される。結果として、約１００〜２００μｍの直径の孔隙を有するセラミックフレームワーク（「骨組み（ｓｃａｆｆｏｌｄ）」が生じる。 The shaped body with pores can be made of glass-ceramic particles having a particle size smaller than 300 μm, according to the process described in Kim et al., Biomaterials 24, 3277-3284 (2003). By coating with a high liquid dispersion containing Subsequently, the plastic foam is fired at a low heating rate up to 700 ° C. The result is a ceramic framework ("scaffold") having pores with a diameter of about 100-200 [mu] m.
本発明のガラスセラミックの、骨組織の再構築および／または骨組織の修復のための材料として（特に、歯科において、すなわち、歯科材料として、または天然の歯の材料（特に、ぞうげ質または歯のエナメル質）のための修復材料として）の使用も、同様に本発明の一部である。 The glass-ceramics of the present invention as a material for bone tissue reconstruction and / or bone tissue repair (particularly in dentistry, ie as dental material or natural tooth material (particularly dentin or tooth As a repair material for the enamel) is likewise part of the invention.
本発明に従うガラスセラミックは、好ましくは、特に、歯科において、骨組織の生長を促進するために使用される。これは、例えば、金属インプラントの周囲領域において、有利な様式で、生体適合性材料の生物活性層として、歯髄プロテクターとして、デンタルケア製品（例えば、歯磨き粉）に添加する形態のぞうげ質および歯のエナメル質の修復材料として、イオンの制御された放出および／または活性成分の制御された放出をする、生物活性成分（例えば、増殖因子、ホルモン、タンパク質、ポリペプチドおよびサッカリドなど）または静菌活性もしくは治療的活性を有する活性成分のためのフレームワークおよび／または支持材料として、使用され得る。 The glass-ceramics according to the invention are preferably used for promoting the growth of bone tissue, especially in dentistry. This may be, for example, in the surrounding area of the metal implant, in an advantageous manner, as a bioactive layer of biocompatible material, as a pulp protector, in the form of dentin and tooth to be added to dental care products (eg toothpaste). As an enamel repair material, biologically active ingredients (eg, growth factors, hormones, proteins, polypeptides and saccharides, etc.) or bacteriostatic activity or that provide controlled release of ions and / or controlled release of active ingredients It can be used as a framework and / or support material for active ingredients with therapeutic activity.
本発明のガラスセラミックはまた、有機化合物と組み合わせて使用され得る。この場合、このガラスセラミックは、特にモノリシック形態、粉末形態または多孔質形態で使用される。有機化合物は、ヒドロキシ酸または環状カーボネート、ラクテート、および／もしくはアクリルアミドに基づく生体高分子であり得る。このような組合せは、特に歯科学における生物活性複合材料として有用である。したがって、本発明はまた、このような生物活性複合材料に関する。 The glass ceramics of the present invention can also be used in combination with organic compounds. In this case, the glass ceramic is used in particular in a monolithic, powdered or porous form. The organic compound can be a biopolymer based on a hydroxy acid or a cyclic carbonate, lactate, and / or acrylamide. Such combinations are particularly useful as bioactive composites in dentistry. Accordingly, the invention also relates to such a bioactive composite.
本発明は、以下の実施例を使用してさらに説明される。 The present invention is further described using the following examples.
１５種の異なるＳｉＯ２−Ｎａ２Ｏ−ＣａＯ−Ｐ２Ｏ５系のガラスを作製し、その組成に依存して、この組成物を制御された様式で冷却することにより結晶化させるか、または冷却プロセスの間に直接的にかのいずれかにより結晶化させた。これらのガラスの組成を、表１に示す。全てのサンプルを、Ｐｔ／Ｒｈるつぼで１２０ｇのバッチとして１２００℃〜１６５０℃の温度にて溶融させた。組成に依存して、溶融時間は、１〜３時間であった。１１ｍｍの直径および５５ｍｍの長さを有するロッドを、予熱した鋼鋳型に注入した溶融物から得た。 To prepare a 15 different SiO 2 -Na 2 O-CaO- P 2 O 5 based glass, depending on its composition, or to crystallize by cooling in the composition a controlled manner, or Crystallized either directly during the cooling process. Table 1 shows the compositions of these glasses. All samples were melted in a Pt / Rh crucible as a 120 g batch at a temperature of 1200C to 1650C. Depending on the composition, the melting time was 1-3 hours. Rods having a diameter of 11 mm and a length of 55 mm were obtained from the melt poured into a preheated steel mold.
表２において、実施例８、１０、１３、１４および１５についての条件（溶融温度および期間）が示され、これらの条件下で、それぞれの出発ガラスを溶融した。この表はまた、冷却後の材料の外観を示す。実施例８および１０のガラスの非自発的な結晶化については、熱処理の詳細も示す。最後に、それぞれのガラスセラミックを、それらの材料特性および特に、それらの結晶相およびレナナイトの割合ならびにそれらのＳＢＦ中でアパタイトの形成を達成する能力に関して記載する。 In Table 2, the conditions (melting temperature and period) for Examples 8, 10, 13, 14, and 15 are shown, and under these conditions, the respective starting glasses were melted. This table also shows the appearance of the material after cooling. For involuntary crystallization of the glasses of Examples 8 and 10, details of the heat treatment are also given. Finally, the respective glass-ceramics are described in terms of their material properties and, in particular, their crystalline phases and the proportion of rennanite and their ability to achieve the formation of apatite in SBF.
特に実施例８に関して、約２００ｎｍの平均結晶サイズを有するナノ領域で均一に分布した晶子を有する微細構造が達成された。これは、９００℃／１時間の熱処理により得られた。実施例１５の場合、約２０〜１００ｎｍのサイズを有するナノ結晶を有するレナナイトガラスセラミックを、７５０℃／８時間および９００℃／１時間の制御された結晶化により得た。 In particular, with respect to Example 8, a microstructure with uniformly distributed crystallites in the nano-domain having an average crystal size of about 200 nm was achieved. This was obtained by a heat treatment at 900 ° C./1 hour. In the case of Example 15, a lenenite glass ceramic with nanocrystals having a size of about 20-100 nm was obtained by controlled crystallization at 750 ° C./8 hours and 900 ° C./1 hour.
示差熱分析（Ｎｅｔｚｓｃｈ ＳＴＡ ４０９ ＰＣ）を使用して、転移温度Ｔｇおよび結晶化温度を決定した。ガラスまたは９０μｍ未満の粒径を有するガラスセラミック顆粒を測定に使用した。実施例１５の場合において、ＤＳＣピークが小さすぎたので、結果としての結晶化の決定のために、ＳＥＭ写真を撮影した。その理由としては、ガラスセラミックの結晶含量が少なかったか、そうでなければ測定が正確でなかったようである。 Transition temperature Tg and crystallization temperature were determined using differential thermal analysis (Netzsch STA 409 PC). Glass or glass-ceramic granules having a particle size of less than 90 μm were used for the measurement. In the case of Example 15, the DSC peak was too small, so SEM pictures were taken to determine the resulting crystallization. This may be because the crystal content of the glass ceramic was low or otherwise the measurements were not accurate.
アパタイト形成についてのインビトロ試験のために、直径１１ｍｍおよび厚さ２ｍｍの２つの固体プレートを各々調製し、そして密封したポリエチレン瓶中の５０ｍｌのＳＢＦ中に３７で保存した。ＳＢＦ溶液（Ｋｏｋｕｂｏ溶液９番としても知られる（Ｋｏｋｕｂｏら、Ｊ．Ｂｉｏｍｅｄ．Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．２４（１９９０）７２１を参照のこと））を新たに調製し、そして３７℃にて４５ｍＭ ＨＣｌおよび５０ｍＭ （ＣＨ２ＯＨ）３ＣＮＨ２を用いてｐＨ値を７．３に調整した。 For in vitro testing for apatite formation, two solid plates, each 11 mm in diameter and 2 mm thick, were prepared and stored at 37 in 50 ml SBF in a sealed polyethylene bottle. A freshly prepared SBF solution (also known as Kokubo solution No. 9 (see Kokubo et al., J. Biomed. Mater. Res. 24 (1990) 721)) and 45 mM HCl and 50 mM (37 ° C.) The pH value was adjusted to 7.3 with (CH 2 OH) 3 CNH 2 .
２４時間後に、試験片を、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）およびエネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ）によりアパタイト形成について試験した。４８時間以内に、全ての試験片においてアパタイトが形成した。このことは、本発明のガラスセラミックの良好な生物活性およびそれらの歯科材料としての使用または骨組織生長の促進に対する特有の適性を示す。 After 24 hours, the specimens were tested for apatite formation by scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX). Within 48 hours, apatite had formed in all specimens. This demonstrates the good bioactivity of the glass ceramics of the present invention and their particular suitability for use as dental materials or for promoting bone tissue growth.
ＳＡＯＳ−２細胞（ヒト腫瘍細胞）を用いる細胞培養試験は、１時間の反応時間後でさえ、この細胞が、本発明のガラスセラミックの表面に接着し始めることを示した。２４時間後、元の球形の細胞が、完全に平坦になり、そして表面に強固に接着する。骨組織再生の迅速かつ有利な生物活性プロセスについての特徴は、細胞培養試験の間に観察された細胞成長（増殖）および細胞分化である。驚くべきことに、このプロセスは、本発明のレナナイトガラスセラミックを用いて指数関数的様式で進行する（生体適合性材料に非常に有利な特性）ことが見出された。細胞の死滅は観察されなかった。さらに、ヒドロキシルアパタイトの形成が、細胞培養試験および模擬体液（ＳＢＦ）中の試験において観察された。後者は、モノリシック材料および多孔性材料について同じ様に観察された。形成されたアパタイトは、針状形態であり、そして球形に凝集していた。７日後、０．５μｍの厚さを有するヒドロキシルアパタイトの層が、生物活性材料の表面上に形成された。アパタイトとは別に、リン酸八カルシウム（アパタイトの前駆体）もまた、二次結晶相として観察された。 Cell culture studies using SAOS-2 cells (human tumor cells) showed that even after a reaction time of 1 hour, the cells began to adhere to the surface of the glass ceramic of the present invention. After 24 hours, the original spherical cells become completely flat and adhere firmly to the surface. Characteristic for the rapid and favorable bioactive process of bone tissue regeneration is the cell growth (proliferation) and cell differentiation observed during cell culture studies. Surprisingly, it has been found that this process proceeds in an exponential fashion with the lenanite glass-ceramics of the invention (a very advantageous property for biocompatible materials). No cell death was observed. In addition, the formation of hydroxylapatite was observed in cell culture tests and tests in simulated body fluids (SBF). The latter was observed similarly for monolithic and porous materials. The apatite formed was in a needle-like morphology and was spherically aggregated. After 7 days, a layer of hydroxylapatite having a thickness of 0.5 μm was formed on the surface of the bioactive material. Apart from apatite, octacalcium phosphate (a precursor of apatite) was also observed as a secondary crystalline phase.
本発明は、生物活性レナナイトガラスセラミックに関し、これは、Ｐ２Ｏ５、ＣａＯおよびＮａ２Ｏの高い含有量で特徴付けられ、そして歯科学における骨組織置換材料として特に適切である。 The present invention relates to a bioactive lenenite glass ceramic, which is characterized by a high content of P 2 O 5 , CaO and Na 2 O, and is particularly suitable as a bone tissue replacement material in dentistry.
Claims (31)
成分 量（重量％）
ＳｉＯ２ ２９．５〜７０．０
ＣａＯ ５．５〜２３．０
Ｎａ２Ｏ ６．０〜２７．５
Ｐ２Ｏ５ ２．０〜２３．５
Ｆ ０〜１．５
を含み、そして本質的にＡｌ２Ｏ３を含まない、ガラスセラミック。 A bioactive lenanite glass ceramic having a crystalline phase and a glass phase, wherein the crystalline phase comprises renanite, and the glass ceramic comprises the following components:
component Amount (% by weight)
SiO 2 29.5~70.0
CaO 5.5-23.0
Na 2 O 6.0~27.5
P 2 O 5 2.0 to 23.5
F 0-1.5
And a glass ceramic essentially free of Al 2 O 3 .
成分 量（重量％）
ＳｉＯ２ ２９．５〜６５．５
ＣａＯ ６．０〜２３．０
Ｎａ２Ｏ ７．０〜２５．５
Ｐ２Ｏ５ ３．０〜２３．５
Ｆ ０．５〜１．２ The glass-ceramic according to any of the preceding claims, comprising the following components independently of one another in the following amounts:
component Amount (% by weight)
SiO 2 29.5~65.5
CaO 6.0-23.0
Na 2 O 7.0~25.5
P 2 O 5 3.0~23.5
F 0.5-1.2
成分 量（重量％）
ＳｉＯ２ ３５．０〜６０．０
ＣａＯ １５．０〜２３．０
Ｎａ２Ｏ ９．０〜２５．５
Ｐ２Ｏ５ １０．０〜２３．５
Ｆ ０．５〜１．２ The glass ceramic according to any one of claims 1 to 4, comprising the following components independently of each other in the following amounts:
component Amount (% by weight)
SiO 2 35.0~60.0
CaO 15.0-23.0
Na 2 O 9.0 to 25.5
P 2 O 5 10.0 to 23.5
F 0.5-1.2
さらなる成分 量（重量％）
Ｒ（Ｉ） ２Ｏ ０〜１５．０
Ｒ（ＩＩ）Ｏ ０〜４．０
Ｒ（ＩＩＩ） ２Ｏ３ ０〜１０．０
Ｒ（ＩＶ）Ｏ２ ０〜１０．０
Ｈａｌ ０〜２．０
の少なくとも１つをさらに含む、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のガラスセラミックであって、ここで、
Ｒ（Ｉ）は、一価のカチオンを表し、
Ｒ（ＩＩ）は、二価のカチオンを表し、
Ｒ（ＩＩＩ）は、三価のカチオンを表し、
Ｒ（ＩＶ）は、四価のカチオンを表し、そして
Ｈａｌは、ハロゲン化物イオンを表す、ガラスセラミック。 The following additional ingredients:
Additional ingredients Amount (% by weight)
R (I) 2 O 0~15.0
R (II) O 0-4.0
R (III) 2 O 3 0-10.0
R (IV) O 2 0 to 10.0
Hal 0-2.0
The glass-ceramic according to any one of claims 1 to 11, further comprising at least one of the following, wherein:
R (I) represents a monovalent cation,
R (II) represents a divalent cation,
R (III) represents a trivalent cation,
R (IV) represents a tetravalent cation and Hal represents a halide ion.
ケイ酸ナトリウムカルシウム、アパタイト、リン酸ナトリウム、リン酸ナトリウムカルシウム、およびリン酸ナトリウムカリウムカルシウム。 19. The glass ceramic according to any one of claims 1 to 18, wherein the crystalline phase further comprises at least one of the following crystalline components:
Sodium calcium silicate, apatite, sodium phosphate, sodium calcium phosphate, and potassium potassium sodium phosphate.
ａ）請求項１または１２に記載のレナナイトガラスセラミックの成分を含む開始ガラスを、１２００℃〜１６５０℃の温度で溶融する工程；
ｂ）工程ａ）からのガラス溶融物を冷却する工程；
ｃ）必要に応じて、工程ｂ）からの冷却したガラスを、６００℃〜１０００℃の温度にて、１０分から１０時間までの期間の間熱処理する工程；および
ｄ）必要に応じて、工程ｂ）または工程ｃ）から得られたガラスセラミックを、粉砕して１００ｎｍ〜１００μｍの粒径を有する粉末にする工程、
を包含する、プロセス。 24. A process for manufacturing a glass ceramic according to any one of claims 1 to 23, wherein the process comprises:
a) melting the starting glass comprising the components of the lenenite glass ceramic according to claim 1 or 12 at a temperature of 1200C to 1650C;
b) cooling the glass melt from step a);
c) optionally heat treating the cooled glass from step b) at a temperature of 600 ° C. to 1000 ° C. for a period of 10 minutes to 10 hours; and d) optionally, step b) ) Or grinding the glass ceramic obtained from step c) into a powder having a particle size of 100 nm to 100 μm,
Including the process.
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